Մարտկոցի աշխարհ - մաս 3
Պարունակություն
Ժամանակակից մարտկոցների պատմությունը սկսվում է տասնիններորդ դարից, և այսօր օգտագործվող նմուշների մեծ մասը ծագում է այս դարից: Այս իրավիճակը վկայում է մի կողմից այն ժամանակվա գիտնականների հիանալի գաղափարների, մյուս կողմից՝ նոր մոդելների մշակման ժամանակ առաջացող դժվարությունների մասին։
Քիչ բաներ են այնքան լավ, որ դրանք հնարավոր չէ բարելավել: Այս կանոնը վերաբերում է նաև մարտկոցներին. XNUMX-րդ դարի մոդելները բազմիցս զտվել են, մինչև չստանան իրենց ներկայիս տեսքը: Սա վերաբերում է նաև Leclanche բջիջները.
Հղում բարելավելու համար
Ֆրանսիացի քիմիկոսի դիզայնը փոխվել է Կարլ Գասներ վերածվել իսկապես օգտակար մոդելի՝ էժան արտադրության համար և անվտանգ օգտագործման համար: Այնուամենայնիվ, դեռևս խնդիրներ կային. տարրի ցինկի ծածկույթը կոռոզիայի էր ենթարկվել թթվային էլեկտրոլիտի հետ շփվելուց հետո, որը լցնում էր ամանի մեջ, և ագրեսիվ պարունակությունը շաղ տալով կարող էր անջատել սնուցվող սարքը: Որոշումը դարձավ միաձուլում ցինկի մարմնի ներքին մակերեսը (սնդիկի ծածկույթ):
Ցինկի ամալգամը գործնականում չի փոխազդում թթուների հետ, սակայն պահպանում է մաքուր մետաղի բոլոր էլեկտրաքիմիական հատկությունները: Այնուամենայնիվ, շրջակա միջավայրի կանոնակարգերի պատճառով բջիջների կյանքը երկարացնելու այս մեթոդը ավելի ու ավելի քիչ է օգտագործվում (սնդիկ չպարունակող բջիջների վրա կարող եք գտնել մակագրությունը կամ) (1):
2. Ալկալային բջիջների դասավորությունը. 1) պատյան (կաթոդային կապար), 2) մանգանի երկօքսիդ պարունակող կաթոդ, 3) էլեկտրոդի բաժանարար, 4) KOH և ցինկի փոշի պարունակող անոդ, 5) անոդ տերմինալ, 6) բջիջների կնքում (էլեկտրոդի մեկուսիչ): .
Բջիջների երկարակեցությունն ու կյանքը մեծացնելու մեկ այլ միջոց ավելացնելն է ցինկի քլորիդ ZnCl2 բաժակ լցնող մածուկի համար։ Այս դիզայնի բջիջները հաճախ կոչվում են Heavy Duty և (ինչպես ենթադրում է անունը) նախագծված են էներգիա պահանջող սարքերի սնուցման համար:
Միանգամյա օգտագործման մարտկոցների ոլորտում բեկումնային դարձավ 1955 թ ալկալային բջիջ. Կանադացի ինժեների գյուտը Լյուիս ՈւրիՆերկայիս Energizer ընկերության կողմից օգտագործվող կառուցվածքը մի փոքր տարբերվում է Leclanchet բջջի կառուցվածքից:
Նախ, այնտեղ գրաֆիտի կաթոդ կամ ցինկի բաժակ չես գտնի: Երկու էլեկտրոդներն էլ պատրաստված են թաց, տարանջատված մածուկների տեսքով (խտացուցիչներ գումարած ռեագենտներ. կաթոդը բաղկացած է մանգանի երկօքսիդի և գրաֆիտի խառնուրդից, ցինկի փոշու անոդից՝ կալիումի հիդրօքսիդի խառնուրդով), իսկ դրանց տերմինալները պատրաստված են մետաղից ( 2). Այնուամենայնիվ, ռեակցիաները, որոնք տեղի են ունենում շահագործման ընթացքում, շատ նման են Leclanchet բջիջում տեղի ունեցող ռեակցիաներին:
Առաջադրանք. Կատարեք «քիմիական դիահերձում» ալկալային բջիջի վրա՝ պարզելու, որ պարունակությունը իսկապես ալկալային է (3): Հիշեք, որ նույն նախազգուշական միջոցները կիրառվում են Լեքլանշետի խցի ապամոնտաժման դեպքում: Տեսեք «Մարտկոցի կոդ» դաշտը՝ ալկալային բջիջը նույնականացնելու համար:
3. Ալկալային բջիջի «հատվածը» հաստատում է ալկալիի պարունակությունը։
Տնական մարտկոցներ
4. Կենցաղային Ni-MH և Ni-Cd մարտկոցներ:
Բջիջները, որոնք կարող են լիցքավորվել օգտագործելուց հետո, եղել են դիզայներների նպատակը էլեկտրաէներգիայի գիտության զարգացման հենց սկզբից, հետևաբար դրանց բազմաթիվ տեսակները:
Ներկայումս փոքր կենցաղային տեխնիկայի սնուցման համար օգտագործվող մոդելներից են նիկել-կադմիումային մարտկոցներ. Նրանց նախատիպը հայտնվեց 1899 թվականին, երբ դա արեց շվեդ գյուտարարը: Էռնստ Յունգներ դիմել է նիկել-կադմիումային մարտկոցի արտոնագրի համար, որը կարող է մրցակցել ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ արդեն լայնորեն կիրառվող մարտկոցների հետ: կապարաթթվային մարտկոց.
Բջջային անոդը կադմիում է, կաթոդը՝ եռավալենտ նիկելի միացություն, էլեկտրոլիտը՝ կալիումի հիդրօքսիդի լուծույթ (ժամանակակից «չոր» ձևավորումներում՝ խտացուցիչների խոնավ մածուկ՝ հագեցած KOH լուծույթով): Ni-Cd մարտկոցները (սա դրանց անվանումն է) ունեն մոտավորապես 1,2 Վ աշխատանքային լարում, սա ավելի քիչ է, քան մեկանգամյա օգտագործման բջիջները, ինչը, սակայն, խնդիր չէ շատ ծրագրերի համար: Մեծ առավելությունն այն է, որ զգալի հոսանք (նույնիսկ մի քանի ամպեր) սպառելու ունակությունն է և աշխատանքային ջերմաստիճանների լայն շրջանակ:
5. Լիցքավորելուց առաջ ստուգեք տարբեր տեսակի մարտկոցների պահանջները:
Նիկել-կադմիումային մարտկոցների թերությունը ծանրաբեռնված «հիշողության էֆեկտն» է։ Դա տեղի է ունենում, երբ հաճախակի լիցքավորվում են մասնակի լիցքաթափված Ni-Cd մարտկոցները. համակարգն իրեն պահում է այնպես, ասես դրա հզորությունը հավասար է լիցքավորման լիցքավորմանը միայն: Որոշ տեսակի լիցքավորիչներում «հիշողության էֆեկտը» կարելի է նվազեցնել՝ բջիջները լիցքավորելով հատուկ ռեժիմով։
Հետևաբար, լիցքաթափված նիկել-կադմիումային մարտկոցները պետք է լիցքավորվեն ամբողջ ցիկլով. սկզբում ամբողջությամբ լիցքաթափվեն (օգտագործելով համապատասխան լիցքավորիչի գործառույթը), այնուհետև լիցքավորվեն: Հաճախակի վերալիցքավորումը նաև նվազեցնում է 1000-1500 ցիկլերի գնահատված կյանքը (այս միանգամյա օգտագործման բջիջները կփոխարինվեն մեկ մարտկոցով իր կյանքի ընթացքում, ուստի գնման ավելի բարձր արժեքը կվճարի ինքն իրեն բազմապատիկ, էլ չենք խոսում մարտկոցի վրա շատ ավելի քիչ լարման մասին: ) միջավայր՝ բջիջների արտադրությամբ և տնօրինմամբ):
Փոխարինվել են թունավոր կադմիում պարունակող Ni-Cd տարրերը նիկել-մետաղական հիդրիդային մարտկոցներ (Ni-MH նշանակում): Նրանց կառուցվածքը նման է Ni-Cd մարտկոցներին, սակայն կադմիումի փոխարեն օգտագործվում է ծակոտկեն մետաղի համաձուլվածք (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, հազվագյուտ հողային մետաղներ)՝ ջրածինը կլանելու ունակությամբ (4): Ni-MH բջիջի գործառնական լարումը նույնպես մոտ 1,2 Վ է, ինչը թույլ է տալիս դրանք փոխարինել NiCd մարտկոցների հետ: Նիկելի մետաղական հիդրիդային բջիջների հզորությունը ավելի մեծ է, քան նույն չափի նիկել կադմիումի բջիջները: Այնուամենայնիվ, NiMH համակարգերն ավելի արագ են ինքնալիցքաթափվում: Արդեն կան ժամանակակից նմուշներ, որոնք չունեն այս թերությունը, բայց դրանք շատ ավելի թանկ արժեն, քան ստանդարտ մոդելները:
Նիկել-մետաղական հիդրիդային մարտկոցները չեն ցուցաբերում «հիշողության էֆեկտ» (մասամբ լիցքաթափված բջիջները կարող են վերալիցքավորվել): Այնուամենայնիվ, միշտ անհրաժեշտ է ստուգել յուրաքանչյուր տեսակի լիցքավորման պահանջները լիցքավորիչի հրահանգներում (5):
Ni-Cd և Ni-MH մարտկոցների դեպքում մենք խորհուրդ չենք տալիս ապամոնտաժել դրանք: Նախ՝ դրանց մեջ օգտակար ոչինչ չենք գտնի։ Երկրորդ, նիկելը և կադմիումը անվտանգ տարրեր չեն։ Անտեղի ռիսկի մի դիմեք և թողեք դրա տրամադրությունը պատրաստված մասնագետներին:
Կուտակիչների արքան, այսինքն...
6. «Մարտկոցների արքան» աշխատավայրում.
… Կապարաթթվային մարտկոց, որը կառուցվել է 1859 թվականին ֆրանսիացի ֆիզիկոսի կողմից Գաստոնա Պլանտեգո (այո, այո, այս տարի սարքը կդառնա 161 տարեկան): Մարտկոցի էլեկտրոլիտը կազմում է մոտ 37% ծծմբաթթվի (VI) լուծույթ, իսկ էլեկտրոդները կապար (անոդ) և կապար են՝ պատված կապարի երկօքսիդի PbO շերտով:2 (կաթոդ): Գործողության ընթացքում էլեկտրոդների վրա առաջանում է կապարի(II)(II)PbSO սուլֆատի նստվածք4. Լիցքավորելիս մեկ բջիջն ունի 2 վոլտից ավելի լարում։
կապարի մարտկոց այն իրականում ունի բոլոր թերությունները՝ զգալի քաշ, զգայունություն արտանետումների և ցածր ջերմաստիճանների նկատմամբ, լիցքավորված վիճակում պահելու անհրաժեշտություն, ագրեսիվ էլեկտրոլիտի արտահոսքի վտանգ և թունավոր մետաղի օգտագործում: Բացի այդ, այն պահանջում է զգույշ բեռնաթափում. էլեկտրոլիտի խտության ստուգում, խցիկներում ջուր ավելացնելը (օգտագործեք միայն թորած կամ դեոնացված), լարման հսկողություն (մեկ խցիկում 1,8 Վ-ից ցածր իջնելը կարող է վնասել էլեկտրոդները) և լիցքավորման հատուկ ռեժիմ:
Այսպիսով, ինչո՞ւ է հնագույն կառույցը դեռ օգտագործվում: «Կուտակիչների արքան» ունի իրական տիրակալի հատկանիշը՝ իշխանությունը։ Բարձր ընթացիկ սպառումը և բարձր էներգաարդյունավետությունը մինչև 75% (լիցքավորման համար օգտագործվող էներգիայի այս քանակությունը կարող է վերականգնվել շահագործման ընթացքում), ինչպես նաև պարզ դիզայնը և արտադրության ցածր արժեքը նշանակում են, որ կապարի մարտկոց Այն օգտագործվում է ոչ միայն ներքին այրման շարժիչները գործարկելու համար, այլ նաև որպես վթարային էլեկտրամատակարարման տարր: Չնայած 160 տարվա պատմությանը՝ կապարի մարտկոցը դեռ լավ է աշխատում և չի փոխարինվել այս սարքերի այլ տեսակներով (և դրա հետ մեկտեղ՝ կապարն ինքնին, որը մարտկոցի շնորհիվ ամենամեծ քանակությամբ արտադրվող մետաղներից է) . Քանի դեռ ներքին այրման շարժիչների վրա հիմնված մոտորիզացիան շարունակում է զարգանալ, նրա դիրքը, ամենայն հավանականությամբ, վտանգված չէ (6):
Գյուտարարները չեն դադարեցրել կապարաթթվային մարտկոցի փոխարինող ստեղծելու փորձերը: Որոշ մոդելներ հայտնի դարձան և այսօր էլ օգտագործվում են ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ: Տասնիններորդ և քսաներորդ դարերի վերջում ստեղծվել են նմուշներ, որոնցում H լուծումը չի օգտագործվել։2SO4բայց ալկալային էլեկտրոլիտներ. Օրինակ Էռնստ Յունգների նիկել-կադմիումային մարտկոցը, որը ներկայացված է վերևում: 1901 թ Թոմաս Ալվա Էդիսոն փոխել է դիզայնը՝ կադմիումի փոխարեն երկաթ օգտագործելու համար: Համեմատած թթվային մարտկոցների հետ՝ ալկալային մարտկոցները շատ ավելի թեթև են, կարող են աշխատել ցածր ջերմաստիճաններում և այնքան էլ դժվար չէ նրանց հետ աշխատել: Սակայն դրանց արտադրությունն ավելի թանկ է, իսկ էներգաարդյունավետությունը՝ ավելի ցածր։
Այսպիսով, ինչ է հաջորդը:
Իհարկե, մարտկոցների մասին հոդվածները չեն սպառում հարցերը։ Նրանք չեն քննարկում, օրինակ, լիթիումի բջիջները, որոնք սովորաբար օգտագործվում են նաև կենցաղային տեխնիկայի սնուցման համար, ինչպիսիք են հաշվիչը կամ համակարգչային մայր տախտակը: Նրանց մասին կարող եք ավելին իմանալ քիմիայի բնագավառում անցած տարվա Նոբելյան մրցանակի մասին հունվարյան հոդվածում, իսկ գործնական մասի մասին՝ մեկ ամսից (ներառյալ քանդումը և փորձը):
Բջիջների, հատկապես մարտկոցների համար լավ հեռանկարներ կան: Աշխարհը դառնում է ավելի ու ավելի շարժունակ, ինչը նշանակում է էլեկտրական մալուխներից անկախանալու անհրաժեշտություն: Մեծ մարտահրավեր է նաև էլեկտրական մեքենաների արդյունավետ էներգիայի մատակարարման ապահովումը: - որպեսզի նրանք կարողանան մրցակցել ներքին այրման շարժիչով մեքենաների հետ նաև արդյունավետության առումով։
կուտակիչ մարտկոց
Բջջի տեսակի նույնականացումը հեշտացնելու համար ներդրվել է հատուկ այբբենական ծածկագիր: Փոքր տեխնիկայի մեր տներում առավել հաճախ հանդիպող տեսակների համար այն ունի թիվ-տառ-տառ-թիվ ձև:
Եվ այո:
- առաջին նիշը բջիջների քանակն է. անտեսված միայնակ բջիջների համար;
- առաջին տառը ցույց է տալիս բջջային տեսակը: Երբ այն բացակայում է, դուք գործ ունեք Leclanche կապի հետ: Բջիջների այլ տեսակներ պիտակավորված են հետևյալ կերպ.
C - լիթիումային բջիջ (ամենատարածված տեսակը),
H - Ni-MH մարտկոց,
K - նիկել-կադմիումային մարտկոց,
L - ալկալային բջիջ;
- Հետևյալ տառը ցույց է տալիս հղման ձևը.
F - ափսե,
R - գլանաձև,
P - գլանաձևից տարբեր ձև ունեցող կապերի ընդհանուր անվանումը.
– վերջնական պատկերը կամ թվերը ցույց են տալիս հղման չափը (կատալոգի արժեքները կամ ուղղակիորեն նշում են չափերը) (7):
7. Հանրաճանաչ բջիջների և մարտկոցների չափերը:
Նշման օրինակներ.
R03
- փոքրիկ մատի չափ ցինկ-գրաֆիտային բջիջ: Մեկ այլ նշանակում է AAA կամ.
LR6 - մատի չափ ալկալային բջիջ: Մեկ այլ նշանակում է AA կամ.
HR14 – Ni-MH մարտկոց; C տառը նույնպես օգտագործվում է չափը նշելու համար:
KR20 – Ni-Cd մարտկոց, որի չափը նույնպես նշվում է D տառով:
3LR12 – հարթ մարտկոց՝ 4,5 Վ լարմամբ, որը բաղկացած է երեք գլանաձև ալկալային բջիջներից։
6F22 - 9 վոլտ մարտկոց, որը բաղկացած է վեց Leclanchet հարթ խցերից:
CR2032 – 20 մմ տրամագծով և 3,2 մմ հաստությամբ լիթիումային բջիջ:
Տես նաեւ.
